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1„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“
„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Vorlesung im Wintersemester 2008/2009Universität Trier
Prof. Dr. Ludwig von AuerDipl.-Ing. Kurt Rommel
2„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Was lesen wir alle tagtäglich in der Zeitung?
Quelle: Allgemeine Zeitung Mainz, 23.10.2006
„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
3„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Was möchte ich Ihnen zum Verständnis energie-wirtschaftlicher Zusammenhänge alles vorstellen?
� Was ist der Reiz des Spiels?
� Das Spielfeld
� Die Regeln
� Der bisherige Spielverlauf
� Die Taktik zum Erfolg
� Die Feldspieler
� Die Ersatzbank
� Die entscheidende Phase ….
� Grundlagen/-begriffe, Rahmenbedingungen
� Reserven, Ressourcen, Funktionsabläufe
� Gesetze und Verordnungen
� Historische Entwicklung
� Preisbildung/-entwicklungen, Netzregulierung
� Unternehmen und deren Aufstellung
� Erneuerbare Energien und neue Anbieter
� Zentrale energiepolitische Fragen
Wenn wir´s sportlich formulieren: …. heißt bei uns:
„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
4„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Filmbeitrag
„Energie: das Problem“
„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
5„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Grundlagen und Grundbegriffe der Energiemärkte
6„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Energie
� Energie ist das in einem Körper oder Stoff vorhandene Potenzial,physikalische Arbeit zu verrichten oder Wärme zu erzeugen.
� Für Energie gilt der Energieerhaltungssatz, demzufolge Energie weder erzeugt noch vernichtet werden, sondern lediglich ihre Erscheinungsform ändern kann.
1.1 Grundlagen - Begriffe
7„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Energie
Energie = Exergie + Anergie
1.1 Grundlagen - Begriffe
kann vollständigin Arbeit
umgewandelt werden
nicht nutzbarerRest der Energie
8„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Die wichtigsten Erscheinungsformen der Energie
� Mechanische Energie: - mechanische Arbeit- potenzielle / kinetische Energie
� Elektromagnetische Energie: - magnetische Energie- elektrische Energie- elektromagnetische Energie
� Bindungsenergie: - chemische Energie- physikalische Energie- atomare Energie / Kernenergie
� Thermische Energie: - Wärme
1.1 Grundlagen - Begriffe
Quelle: Energiehandbuch 2002
9„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Wie werden Energieeinheiten umgerechnet:1.1 Grundlagen - Begriffe
MJ kg SKE kg RÖE kcal kWh
MJ - 0,034 0,024 238,8 0,278
kg SKE 29,308 - 0,7 7.000 8,14
kg RÖE 41,869 1,429 - 10.000 11,63
kcal 0,004187 0,000143 0,0001 - 0,001163
kWh 3,6 0,123 0,0861 859,8 -1
2
Die Umrechnung erfolgt z.B. von nach , d.h.:
1 kWh = 3,6 MJ
1 2
10„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Arbeit und Leistung – zwei elementare Begriffe
� Arbeit = Kraft x Weg
[ J ] [ Nm ] und
� Leistung = Arbeit / Zeit
[ W ] [ J / s ] bzw.
� Arbeit = Leistung x Zeit
[ J ] [ Ws ]
1.1 Grundlagen - Begriffe
11„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Ein Gefühl für Energiemengen….
� Fußgänger (72 kg, 6 km/h): 100 J
� Pkw (1,3 t, 100 km/h): 0,4 MJ
� Bergsteiger (85 kg, 1.000 Höhenmeter): 0,8 MJ
� tägl. Sonneneinstrahlung auf 1 m2 in Deutschland: 11 MJ
� Verbrennung von 1 kg Steinkohle: 30 MJ
� Verbrennung von 1 Liter Erdöl: 43 MJ
� tägl. Verbrauch eines Menschen (Industrieland): 0,5 GJ
� Energieinhalt eines Gewitters: 0,2 EJ
� jährl. Verbrauch aller Menschen auf der Welt: 400 EJ
� Energie aller weltweiten Gewitter eines Tages: 7,2 * 103 EJ
� Tägl. Sonneneinstrahlung auf die Erde: 15 * 103 EJ
1.1 Grundlagen - Begriffe
Quelle: Energiehandbuch 2002
12„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
…. und für Leistungen
� Wärmeproduktion eines Menschen: 80 W
� Menschliche Leistung bei hoher körperlicher Anstrengung: 500 W
� Heizkessel im Einfamilienhaus: 20 kW
� Pkw: 100 kW
� Passagierflugzeug: 200 MW
� Windkraftwerk: …. 3 MW
� Kernkraftwerk (pro Block): …. 1,5 GW
� Kohlekraftwerk (pro Block): …. 2 GW
1.1 Grundlagen - Begriffe
Quelle: Energiehandbuch 2002
13„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Welche Einheiten haben Sie gerade kennen gelernt?
� „kilo“: 103 z.B. kW
� „Mega“: 106 z.B. MW
� „Giga“: 109 z.B. GJ
� „Tera“: 1012 z.B. TWh
� „Peta“: 1015 z.B. PJ
� „Exa“: 1018 z.B. EJ
1.1 Grundlagen - Begriffe
14„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Primärenergie
� Primärenergie ist die Energie, die in der Natur vorkommt und noch keiner Umwandlung unterworfen ist.
� Zur Primärenergie zählen fossile Energieträger wie
– Steinkohle
– Braunkohle
– Erdöl
– Erdgas
– Erneuerbare Energie
1.1 Grundlagen - Begriffe
15„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Sekundärenergie
� Sekundärenergie ist die Energie, die als Ergebnis eines Umwandlungsprozesses (z.B. Kraftwerk oder Raffinerie) und unter Energieverlust aus Primärenergie gewonnen wird.
� Sekundärenergie tritt entweder in Form von leitungsgebundener Energie oder in Form von Veredelungsprodukten auf:
– Strom
– Fernwärme
– Benzin
– Heizöl
– Koks
– Briketts
1.1 Grundlagen - Begriffe
16„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Endenergie
� Die in den Endverbrauchssektoren Industrie, Haushalte, Kleinverbraucher und Verkehr verwendete Energie, die zur Deckung des jeweiligen Nutzenergiebedarfs in diesen Sektoren eingesetzt wird. In der Regel handelt es sich um Sekundärenergie, teilweise auch um direkt nutzbare Primärenergie (etwa Erdgas).
� Die kommerziellen Endenergieträger werden eingeteilt in
– Fernwärme
– Strom
– Gas
– Erdölprodukte (Heizöl, Kraftstoffe, etc.)
– Kohle und Kohleprodukte
– direkte Solarnutzung
– Holz (biogene Brennstoffe)
1.1 Grundlagen - Begriffe
17„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Nutzenergie
� Nutzenergie ist diejenige Energieform, die dem Verbraucher nach der letzten Energieanwendung zur Verfügung steht und die Ziel seinerNutzung ist.
� Nutzenergieformen sind z.B.
– Licht
– Mechanische Kraft
– Kälte
– Hoch- und Niedertemperaturwärme
– Elektrische und magnetische Feldenergie
– Elektromagnetische Strahlung
– Elektrische Prozessenergie
1.1 Grundlagen - Begriffe
18„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Welche Energiemärkte betrachten wir?
Strom
Erdgas
Braunkohle
Mineralöl
Steinkohle
1.1 Grundlagen - Begriffe
Erneuerbare
19„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Energieträger
� Unter Energieträgern versteht man Stoffe, die Energien gebunden haben (z.B. Kohle, Gas, Öl oder Holz).
1.1 Grundlagen - Begriffe
20„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Energieinhalt verschiedener Energieträger1.1 Grundlagen - Begriffe
Quelle Träger / Wandler Energieinhalt
Fossile Brennstoffe Kohle 2 - 8 kWh / kg
Erdöl 12 kWh / kg
Erdgas 10 kWh / kg
Kernbrennstoffe Uran 2 * 107 kWh / kg
Solarenergie Solarzellen 100 - 200 kWh / qm*a
Kollektoren 1.000 - 2.000 kWh / qm*a
Biomasse 4 - 10 kWh / kg
Windenergie 700 - 1.000 kWh / qm*a
Erdwärme Boden 10-3 kWh / kg °C
Müll Abfälle 2 - 3 kWh / kg
Quelle: Energiehandbuch 2002
21„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Energie-Reserven
� Diejenigen Mengen eines Energierohstoffes, die mit großer Genauigkeit erfasst wurden und mit den derzeitigen technischen Möglichkeitenwirtschaftlich gewonnen werden können.
� Synonym sind gebräuchlich:Bauwürdig ausbringbare Reserven, sicher (und wahrscheinlich) gewinnbare Vorräte.
1.1 Grundlagen - Begriffe
22„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Energie-Ressourcen
� Sowohl diejenige Menge eines Energierohstoffes, die entweder nachgewiesen, aber derzeit nicht wirtschaftlich und/oder technisch gewinnbar sind, als auch
� die Mengen, die auf Basis geologischer Indikatoren geologisch noch erwartet werden und mittels Exploration nachgewiesen werden können.
1.1 Grundlagen - Begriffe
23„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Energiewandler
� Ein Energiewandler ist eine Maschine oder ein Apparat, der eine Einsatzenergie, die dem Energiewandler zugeführt wird, in eine Zielenergie umwandelt. Die Formen der Einsatz- und Zielenergie sind dabei verschieden.
� Bei der Energiewandlung treten im allgemeinen nicht nutzbare Verlustenergien auf, die an die Umgebung abgeführt werden.
� Wirkungsgrad:P aus
η = < 1 P ein
� Nutzungsgrad:A aus
g = < 1 A ein
1.1 Grundlagen - Begriffe
24„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Wirkungsgrade von Energiewandlern1.1 Grundlagen - Begriffe
kin. Energie Strom Wärme Licht
kin. Energie Generator99 %
chem. Energie Pkw Brennstoffzelle Ofen20 % 60 % 60 - 95 %
Strom Elektromotor Wärmepumpe Lampe60 - 99 % 100 - 400 % 5 - 30 %
Wärme Dampfturbine80 - 90 %
Licht Solarzelle Kollektor5 - 25 % 60 - 90 %
Quelle: Energiehandbuch 2002
Ein
gang
sfor
mAusgangsform
25„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
1.2 Grundlagen - Energiefluss
Primärenergie
Sekundärenergie
Endenergie
Nutzenergie
Aufbereitung
Umwandlung
Anwendung
Energiefluss
26„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Energieflussbild 2006 für Deutschland1.2 Grundlagen - Energiefluss
Quelle: AG Energiebilanzen
Angaben in [Mio t SKE]
*geschätzt
27„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Energievorräte weltweit – „Strategische Ellipse“1.3 Grundlagen – Vorräte weltweit
Quelle: BMWA
28„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Länder mit den größten Reserven 20041.3 Grundlagen – Vorräte weltweit
Quelle: BGR
29„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Entwicklung des weltweiten Primärenergie-Verbrauchs und Prognose der IEA
1.3 Grundlagen – Vorräte weltweit
Quelle: BGR
30„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Primärenergiebedarf der Welt bis 20301.3 Grundlagen – Vorräte
Quelle: World Energy Outlook 2005, IEA
31„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Primärenergieverbrauch der EU 20041.3 Grundlagen – Vorräte
Quelle: ZfK, 4/2006
Kohle Öl Erdgas Kernkraft Erneuerbare
24 %
15 %
37 %
18 %
6 %
gesamt:
1,73 Gt OE
32„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Primärenergieverbrauch in Deutschland 20051.3 Grundlagen – Vorräte
Quelle: AG Energiebilanzen
33„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Entwicklung des Primärenergieverbrauchs in Deutschland
1.3 Grundlagen – Vorräte
Quelle: BMWI, BMU
34„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Entkopplung von Wirtschaftswachstum und Primärenergieverbrauch in Deutschland
1.3 Grundlagen – Vorräte
Quelle: AG Energiebilanzen, Stat. Bundesamt
35„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Prognosen zum Primärenergieverbrauch in Deutschland
1.3 Grundlagen – Vorräte
Quelle: AG Energiebilanzen, EWI/Prognos 2005, DLR/IFEU/WI 2004
36„Theorie und Politik der Energiewirtschaft“ - Vorlesung an der Universität Trier© Kurt Rommel
Energieimportabhängigkeit Deutschlands 20041.3 Grundlagen – Vorräte
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Öl Erdgas Stein-kohle
Kern-energie*
Braun-kohle
Wasser/Wind
Sonstige
Importe
Inlandsförderung
* Uran muss importiert werden.
Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen 01/2005